有源电力滤波电路结构的设计

辛玉刚

摘要：为了尽量克服传统滤波器的缺点，降低电流的谐波，我们设计电路的时候在逆变器的交流侧接入LCL滤波器，它跟独立的电感滤波相比，在抑制谐波的时候不需要太高的电感值，同时在开关频率很高的场合抑制谐波的性能也会变得更强，LCL滤波器无论是在经济上还是性能上都比电感滤波器强。在频率不高的光伏发电系统中，有着更多的优点。

关键词：LCL滤波 光伏发电 电感滤波器

并联型有源电力滤波器按照相数可分为单相和三相两种，而三相有源滤波又分为三相三线和三相四线两种情况。三相四线制主要应用在用户直接供电的低压配电系统中，随着办公自动化和家用电器的全民化普及，供电中民用和商用占据着极大的供电比例，这就使其成为配电网谐波污染的重要来源就是三相四线。因此对在不平衡负载下对三相四线制有源电力滤波器谐波补偿的研究具有重要的用意义。

1、有源电力滤波器在三相四线制中的主要拓扑结构

直流侧输入为电容的三相四线制的主电路拓扑主要有三种，分别为：四桥臂形式、电容中点形式以及三个单相全桥形式。这三种主电路结构不同各有自己的优缺点，其结构分别如图1、图2和图3所示。

其中电容中点式结构所需要的开关器最少，电路比较简单，开关利用率非常之高。由于直流侧电容电压波动较大，同时在三相不平衡负载下，输入侧的电流中含有大量的的低次谐波，造成不稳定输入电压，并且变流器的直流输入侧电容要有零线电流流过。电路的着中国特殊结构限制了它在较大的功率系统中的应用。

图1 电容中点式三相逆变器拓扑结构

相对于电容中点式结构来说而三相四桥臂结构所需要的开关器件要多一对，但是它具备以下优点：

1：控制部分中，其中对直流侧电容电压的控制尤其简单。

2：四桥臂结构在对给定的负载进行补偿时，比电容中点式结构所需的直流侧电压更低。

3：四桥臂结构对零线电流的控制范围更大，滤波效果更好，高频分量在对称或近似对称系统中占主要地位。

图2 三相四桥臂逆变器拓扑结构

所需的开关器件最多的是三个单相全桥电路组成的三相有源电力滤波器。它组合灵

活，可根据运行情况对某一相或几相电网有选择的进行补偿，其控制简单，一般用于小功率场合，但再三相不平衡系统中应用时，直流侧电容电流含有低次谐波，电压波动较大。

图3 单相全桥逆变器拓扑结构

我们利用三个相互独立的单相APF组成的三相有源电力滤波器的系统主要应用于小功率系统，当然也可以直接采用三相APF；因此，一般情况下，三相电力滤波器是在较大的功率场合中会优先考虑的滤波器。在实际中，由于电力滤波器在民用和商业用电中的普及，但由于在实际应用中占据较大分量，这些不平衡组在引起的谐波也是电网污染的主要源头。所以本文研究对象是三相四桥臂结构带有有源电力滤波器的主电路。

2、主电路拓扑结构

我们一般是通过连接电感或变压器把有源电力滤波器接入系统中，但是由于采用变压器时高频部分补偿效果不是很理想，而且成本相当高，由于系统电压不匹配，因此一般情况下利用变压器变压。基于三相四桥臂拓扑结构的并联型有源电力滤波器结构如图4所示。

由公式表示其模型：

3结论

我们在相同的主电路下，对其相同控制方式进行研究，我们发现输出滤波电感的不同选择会影响APF的滤波性能。若选取的电感值过小，则输出补偿电流中的电流纹波将会变大，而且还会给系统注入附加的谐波污染；若选取的电感量过大，使其谐波电流跟踪速度降低同时还会影响APF电流跟随特性，而且产生的冲击电压可能会变的相对较高。当连接一定值的电感时，能有效地降低电流谐波的总畸变率，在很大程度上改善系统的不平衡性和提高了补偿效果。因此本章的重要内容变就是研究APF的滤波电感。

参考文献：

[1]陈仲.并联有源电力滤波器实用关键技术的研究[D]浙江大学，2012.

[2]罗世国，候振程.有源电力滤波器的参数计算及其控制[J].重庆大学学报，2011，17（2）：12-16.

[3]杨玉岗.现代电力电子的磁技术[M].科学出版社，2012.

[4]马宝娟.基于谐波电流快速检测方法的并联型有源电力滤波器设计[D].哈尔滨理工大学，2011.

[5]周浩敏.信号处理技术基础[M].北京航空航天大学出版社，2009.